塑料细胞培养瓶的表面亲水处理方法

技术领域

本发明涉及表面改性技术领域，尤其涉及塑料细胞培养瓶的表面亲水处理方法。

背景技术

细胞培养瓶是进行药物试验和植入式医疗器械试验的重要器材，细胞培养瓶的密封性及安全性相当高，因而受到医药行业和医疗器械行业研究人员的广泛青睐。细胞培养瓶可以根据材质分为：玻璃细胞培养瓶和塑料细胞培养瓶的，细胞培养瓶底部的形状可以为圆形、正方形、长方形、三角形等。细胞培养瓶的容积具有500ml至3L等多种规格。

细胞培养瓶培养贴壁细胞时，需要培养面是亲水的，而细胞培养瓶的材质是聚丙乙烯，是疏水的，无法满足贴壁细胞培养。因此需要将细胞培养瓶的培养面进行亲水改性，满足培养需求。

CN106397821A公开了一种聚烯烃材料表面持久的亲水改性方法，基于表面包埋改性的“两步法”工艺，先对聚烯烃材料表面进行电晕放电处理，然后将聚烯烃材料浸入到有机溶剂中进行表面溶胀，再将聚烯烃材料浸入疏水端含双键的两亲分子改性剂的水溶液中进行表面改性。所提供的处理方法和工艺简单，无需复杂的设备，改性效果明显、稳定，适合于工业规模的表面处理，特别适合于基于聚烯烃材料的多孔分离膜、纤维等具有复杂或多孔隙表面产品的工业规模表面处理。

然而上述现有技术中，所形成的亲水表面的亲水持续性还存在较大的改进空间，并且，上述处理方法所处理得到的细胞培养瓶表面亲水均匀性不足，在进行细胞培养时，容易导致细胞生长的均匀性差异，给研究人员带来干扰因素，并且上述处理方法还易于引起有机溶剂残留，有机溶剂残留会进一步地影响细胞培养，导致更大的干扰。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种塑料细胞培养瓶的表面亲水处理方法。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

第一方面，本发明提供塑料细胞培养瓶的表面亲水处理方法，包括：

1）以第一溶剂对细胞培养瓶进行第一溶胀处理，所述第一溶剂为有机溶剂；

2）在步骤1）所获细胞培养瓶表面涂覆第一改性剂，使所述第一改性剂与细胞培养瓶表面反应3-5min，生成反应性液晶混合物；其中，所述第一改性剂包括疏水端含双键的两亲性物质；

3）采用包含所述反应性液晶混合物的溶液去除渗透进入所述细胞培养瓶表面的第一溶剂；

4）将步骤3）所获细胞培养瓶置于电晕设备的腔室内，向所述腔室内通入碳氢化合物气体和惰性气体形成混合气氛，并施加大小为1000V～1300V的直流电压，形成等离子体进行电晕放电处理1min～3min，使所述等离子体激发混合气氛中的碳氢化合物气体在所述细胞培养瓶表面形成亲水层，所述碳氢化合物气体与惰性气体的体积比为1:6-1:3；

5）在加压状态下，以第二溶剂对步骤4）所获细胞培养瓶进行第二溶胀处理，所述第二溶胀处理的温度为80-85℃，时间为2-6h；所述加压状态所施加的压强由所述第二溶胀处理开始时的0随时间线性递增至结束时的50-80kPa，所述第二溶剂为有机溶剂；

6）以包含第二改性剂的溶液对步骤5）所获细胞培养瓶进行表面改性处理，所述表面改性处理的温度为60-75℃，时间为5-60min，所述包含第二改性剂的溶液中第二改性剂的含量为3～5wt%；

7）采用负压逐级递减的真空干燥法对步骤6）所获细胞培养瓶进行退溶胀处理，之后以水进行清洗，得到表面具有亲水性的细胞培养瓶，其中，所述退溶胀处理的真空干燥压力为由大气压强至0.1-10kPa逐级递减，且每一级压强按照上一级50-70%的比例递减。

第二方面，本发明还提供一种上述表面亲水处理方法处理得到的细胞培养瓶。

基于上述技术方案，与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

1、本发明利用第一改性剂对溶胀的细胞培养瓶进行预处理并利用含有反应性液晶混合物的溶液去除溶胀细胞培养瓶表面的溶剂，然后利用电晕处理，所产生的等离子体在细胞培养瓶表面产生自由基，使得第一改性剂形成与细胞培养瓶表面的化学键连接，提供了产品表面的极性以及亲水性能的持久性，同时减少了有机溶剂在细胞培养瓶表面和/或内部的残留，避免了对于细胞培养带来的不利影响，提高了细胞培养瓶的使用效果。

2、本发明在进行溶胀处理时，平衡溶胀压，提高溶胀时的平稳性，使得溶胀过程更加均匀，进一步地提高了细胞培养瓶表面亲水能力的均匀性。

3、本发明利用负压逐级递减的方法，使得退溶胀处理的平稳进行，避免了退溶胀速率过快导致的退溶胀不均匀，逐级降低干燥室内压力，确保了良好的干燥效果，进一步地提高了细胞培养瓶表面亲水能力的均匀性，并可更进一步防止有机溶剂及反应副产物残留带来的二次污染，避免残留物质对于细胞培养的不利影响，提高了细胞培养瓶的使用效果。

附图说明

图1是本发明一典型实施例方案中的细胞培养瓶的表面亲水处理方法流程示意图；

图2是本发明一典型实施例方案中的溶胀池及控压机构结构示意图；

图3是本发明一典型实施例方案中的真空干燥装置结构示意图。

附图标记说明：

1、溶胀池；10、平衡压板；11、增压气泵；

20、缓冲缸体；21、下缸体；22、上缸体；210、下活塞；211、下推杆；23、上活塞；231、上推杆；

30、主轴结构；31、缓冲叶轮；

40、真空干燥室；41、真空分隔室；42、真空发生装置；430、主隔板；431、活动隔板；432、第一通孔；433、第二通孔；434、驱动装置。

具体实施方式

鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件或方法步骤区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件或方法步骤之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

参见图1，本发明实施例提供一种细胞培养瓶的表面亲水处理方法，所述细胞培养瓶至少由聚烯经材料制成，包括步骤S101~S107。

步骤S101：以第一溶剂对细胞培养瓶进行第一溶胀处理，所述第一溶剂为有机溶剂；

步骤S102：在步骤S101所获细胞培养瓶表面涂覆第一改性剂，使所述第一改性剂与细胞培养瓶表面反应3-5min，生成反应性液晶混合物；其中，所述第一改性剂包括疏水端含双键的两亲性物质；

步骤S103：采用包含所述反应性液晶混合物的溶液去除渗透进入所述细胞培养瓶表面的第一溶剂；

其中，包含所述反应性液晶混合物的溶液中，其溶剂是与所述第一溶剂互溶但无法使细胞培养瓶表面溶胀的溶剂，例如，当第一溶剂为甲苯时，该溶剂为乙醇或甲醇。

步骤S104：将步骤S103所获细胞培养瓶置于电晕设备的腔室内，向所述腔室内通入碳氢化合物气体和惰性气体形成混合气氛，并施加大小为1000V～1300V的直流电压，形成等离子体进行电晕放电处理1min～3min，使所述等离子体激发混合气氛中的碳氢化合物气体在所述细胞培养瓶表面形成具有亲水性的亲水层，所述碳氢化合物气体与惰性气体的体积比为1:6-1:3；

步骤S105：在加压状态下，以第二溶剂对步骤S104所获细胞培养瓶进行第二溶胀处理，所述第二溶胀处理的温度为80-85℃，时间为2-6h；所述加压状态所施加的压强由所述第二溶胀处理开始时的0随时间线性递增至结束时的50-80kPa，所述第二溶剂为有机溶剂；

步骤S106：以包含第二改性剂的溶液对步骤S105所获细胞培养瓶进行表面改性处理，所述表面改性处理的温度为60-75℃，时间为5-60min，所述包含第二改性剂的溶液中第二改性剂的含量为3～5wt%；

步骤S107：采用负压逐级递减的真空干燥法对步骤S106所获细胞培养瓶进行退溶胀处理，之后以水进行清洗，得到表面具有亲水性的细胞培养瓶，其中，所述退溶胀处理的真空干燥压力为由大气压强至0.1-10kPa逐级递减，且每一级压强按照上一级50-70%的比例递减。

在一些实施方案中，所述第一改性剂和/或第二改性剂包括油酸聚乙二醇酯。

在一些实施方案中，步骤S104中，所述碳氢化合物气体包括甲烷、乙烷、乙烯以及丙烯中的一种或多种组合。

在一些实施方案中，步骤S104中，所述惰性气体包括氮气、氩气以及氦气中的一种或多种组合。

在一些实施方案中，步骤S104中，所述亲水层的厚度为0.1-0.5μm。

在一些实施方案中，步骤S104包括：先向电晕设备的腔室内通入惰性气体，再通入碳氢化合物气体，并且将步骤S103所获细胞培养瓶置于上电极、下电极之间，再进行所述电晕放电处理。

在一些实施方案中，所述第一溶剂和/或第二溶剂包括丙酮、甲苯以及苯中的一种或多种组合。

在一些实施方案中，步骤S107中，所述真空干燥法还包括：每一级压强保持3-6min。

在一些实施方案中，所述退溶胀处理的处理温度为20-30℃，处理时间为20-60min。

参见图2，在一些实施方案中，所述加压状态利用溶胀池1及控压机构实现，所述控压机构包括设置于溶胀池1内的平衡压板10、设置于平衡压板10上的缓冲结构以及与缓冲结构传动连接的增压气泵11。

缓冲结构的设置，是在增压气泵11进行施压时，形成良好的缓冲效果，避免施压过大造成溶胀的快速溶解，提高稳定性效果，使得溶胀过程中，所施加的压力的变化更加平稳，提高了溶胀的稳定性和均匀程度，进而带来了细胞培养瓶表面亲水改性程度的高均匀性。

在一些实施方案中，所述缓冲结构包括缓冲缸体20、设置于缓冲缸体20内的调压结构、与缓冲缸体20连接的下缸体21、与缓冲缸体20连接的上缸体22、设置于下缸体21内的下活塞210、一端与下活塞210连接另一端与平衡压板10连接的下推杆211、设置于上缸体22内的上活塞23、一端与上活塞23连接另一端与增压气泵11连接的上推杆231。

本发明采用上述结构设置，将上缸体22、下缸体21分别连接增压气泵11以及平衡压板10，将缓冲缸体20作为缓冲转换部分，实现了良好缓冲平衡效果，实用性强，结构简单，采用了气压缓冲的形式，由于气体具有可压缩性，所施加的压力的变化更加平缓，进一步地提高了溶胀过程的稳定性和均匀程度，带来了更高的细胞培养瓶表面亲水改性程度的均匀性。

在一些实施方案中，所述调压结构还包括设置于缓冲缸体20内的主轴结构30以及设置于主轴结构30上且与主轴结构30转动连接的缓冲叶轮31。

本发明通过上述结构设置，在受到气压冲击时，缓冲叶轮31形成对气压的缓冲，提高整体调压时的稳定性，实用性强，结构简单，利用气压机构和缓冲叶轮31，在气压施压的基础上利用缓冲叶轮31对控压机构的动作进行进一步缓冲，使得溶胀过程更稳定和均匀，再进一步地提高了细胞培养瓶表面亲水改性程度的均匀性。

参见图3，在一些实施方案中，所述真空干燥利用真空干燥装置进行，所述真空干燥装置包括真空干燥室40、设置于所述真空干燥室40内的真空分隔室41、与所述真空分隔室41连接的真空发生装置42以及设置于所述真空干燥室40和真空分隔室41之间的调节装置，所述调节装置用于调节所述真空干燥室40和真空分隔室41是否连通。

所述真空干燥方法包括：将所述细胞培养瓶放置于真空干燥室40；

所述调节装置调节所述真空干燥室40与真空分隔室41不连通，所述真空发生装置42对所述真空分隔室41抽真空；

所述调节装置调节所述真空干燥室40与真空分隔室41连通，所述真空干燥室40的气压降低一级；

重复进行所述真空分隔室41抽真空以及真空干燥室40与真空分隔室41连通操作，直至所述真空干燥室40的气压降至0.1-10kPa。

其中，可以通过设置真空干燥室40以及真空分隔室41的体积比，来设定每一级压力递减的比例，例如是，当真空干燥室40与真空分隔室41的体积比为1:1时，每一级压力递减比例为50%。

本发明配合上述结构，形成负压逐级递减方法，有利于干燥的平稳进行，逐渐降低干燥室内压力，确保了良好的干燥效果以及均匀的表面改性程度。

在一些实施方案中，所述真空干燥室40与真空分隔室41连通后，保持3-6min再进行循环步骤以供所述细胞培养瓶表面所吸附的溶剂挥发。

在一些实施方案中，所述调节装置包括设置于所述真空干燥室40和真空分隔室41之间的主隔板430、与所述主隔板430活动抵触连接的活动隔板431、设置于所述主隔板430上的多个第一通孔432、设置于所述活动隔板431上的多个第二通孔433以及用于驱动所述活动隔板431活动以封闭所述第一通孔432或连通所述第一通孔432和第二通孔433的驱动装置434；多个所述第一通孔432在所述主隔板430表面均匀分布。

本发明利用上述设置，当第一通孔432和第二通孔433连通时，均匀分布的第一通孔432能够使得真空干燥时真空干燥室40中的气体均匀地通过主隔板430和活动隔板431，活动隔板431的动作可以使得多个第一通孔432同时被连通，使得真空干燥室40内的气体向真空分隔室41均匀扩散，均匀地扩散使得真空干燥室40内的真空度在空间上均匀分布，细胞培养瓶的不同位置或真空干燥室40内的多个细胞培养瓶均处于均一的真空度变化率下，进而提高了真空干燥处理的均匀程度，并且均匀地降低了溶剂及反应副产物在细胞培养瓶表面和/或内部的残留，提高了细胞培养瓶的使用效果。

本发明实施例还提供上述表面亲水处理方法处理得到的细胞培养瓶。

以下通过若干实施例并结合附图进一步详细说明本发明的技术方案。然而，所选的实施例仅用于说明本发明，而不限制本发明的范围。

实施例1

本发明实施例1提供塑料细胞培养瓶的表面亲水处理方法，所述方法包括：

常温常压下，利用丙酮溶胀细胞培养瓶，溶胀时间3h，然后将油酸聚乙二醇酯均匀涂覆在聚丙乙烯细胞培养瓶表面；

3min后，将细胞培养瓶浸渍于1.5g/L的油酸聚乙二醇与聚丙乙烯液晶混合物的甲醇溶液中，在50℃下浸渍30min后取出并清洗烘干；

将细胞培养瓶放入电晕室内部，向电晕室内部以1:3的比例注入甲烷和氮气，同时对上电极、下电极和聚丙乙烯材料施加直流电压1000V，进行等离子体电晕处理，处理时间1min；

在80℃的丙酮中再次溶胀细胞培养瓶，溶胀时间3h，利用不具备压力缓冲结构的加压装置施加压力由0至结束时的50kPa线性递增；

将细胞培养瓶取出并常温晾干后，浸渍于60℃，3wt%的油酸聚乙二醇酯水溶液中，处理8min；

利用市售真空干燥箱，控制压力以50%的比例逐级递减至0.1kPa进行真空干燥，每级保持3min，干燥结束后，水洗晾干，得到成品细胞培养瓶。

实施例2

本发明实施例2提供塑料细胞培养瓶的表面亲水处理方法，所述方法包括：

常温常压下，利用甲苯溶胀细胞培养瓶，溶胀时间1h，然后将油酸聚乙二醇酯均匀涂覆在聚丙烯细胞培养瓶表面；

5min后，将细胞培养瓶置于溶解有油酸聚乙二醇与聚丙烯液晶混合物的乙醇溶液中，在60℃下浸渍50min后取出并清洗烘干；

将细胞培养瓶放入电晕室内部，向电晕室内部以1:6的比例注入甲烷和氮气，同时对上电极、下电极和聚丙乙烯材料施加直流电压1300V，进行等离子体电晕处理，处理时间3min；

在85℃的丙酮中再次溶胀细胞培养瓶，溶胀时间6h，利用不具备压力缓冲结构的加压装置施加压力由0至结束时的80kPa线性递增；

将细胞培养瓶取出并常温晾干后，浸渍于75℃，5wt%的油酸聚乙二醇酯水溶液中，处理60min；

利用市售真空干燥箱，控制压力以70%的比例逐级递减至10kPa进行真空干燥，每级保持6min，干燥结束后，水洗晾干，得到成品细胞培养瓶。

实施例3

本实施例提供的一种塑料细胞培养瓶的表面亲水处理方法步骤及参数与实施例1基本相同，不同之处在于：

再次溶胀时，利用如图2所示的溶胀池1及控压机构进行溶胀，溶胀过程中，平衡压板10所施加的压力从开始时的0逐渐增长至溶胀结束时的50kPa。

实施例4

本实施例提供的一种塑料细胞培养瓶的表面亲水处理方法步骤及参数与实施例1基本相同，不同之处在于：

真空干燥利用图3所示的真空干燥装置进行，其内气压由大气压以每级50%的比例逐级递减至0.1kPa，每级保持停留时间3min，干燥完成后，得到成品细胞培养瓶。

实施例5

本实施例提供的一种塑料细胞培养瓶的表面亲水处理方法步骤及参数与实施例2基本相同，不同之处在于：

真空干燥利用图3所示的真空干燥装置进行，其内气压由大气压以每级60%的比例逐级递减至5kPa，每级保持停留时间4min，干燥完成后，得到成品细胞培养瓶。

对比例1

一种塑料细胞培养瓶的表面亲水处理方法，包括：

将细胞培养瓶放入电晕室内部，向电晕室内部以1:3的比例注入甲烷和氮气，同时对上电极、下电极和聚丙乙烯材料施加直流电压1000V，进行等离子体电晕处理，处理时间1min；

在80℃的丙酮中再次溶胀细胞培养瓶，溶胀时间3h，利用与实施例1相同的不具备压力缓冲结构的加压装置施加压力由0至结束时的50kPa线性递增；

将细胞培养瓶取出并常温晾干后，浸渍于60℃，3wt%的油酸聚乙二醇酯水溶液中，处理8min；

利用与实施例1相同的市售真空干燥箱，控制压力以50%的比例逐级递减至0.1kPa进行真空干燥，每级保持3min，干燥结束后，水洗晾干，得到成品细胞培养瓶。

对比例2

一种塑料细胞培养瓶的表面亲水处理方法，步骤及参数与实施例1基本相同，不同之处在于：

再次溶胀细胞培养瓶时，在常压下进行。

对比例3

一种塑料细胞培养瓶的表面亲水处理方法，步骤及参数与实施例1基本相同，不同之处在于：

真空干燥时，不进行逐级递减，而是直接抽真空至0.1kPa下进行。

检测方法

亲水持续性测试：

检测细胞培养瓶表面的水接触角，然后利用去离子水冲洗细胞培养瓶表面，冲洗次数为20次，冲洗结束后，再次检测细胞培养瓶表面的水接触角。

亲水均匀性测试：

在细胞培养瓶表面选取15个测试样品，测试所有样品的水接触角，计算所有样品水接触角的CV值（方差/平均值*100%）。

溶剂残留量测试：

测量烘干前细胞培养瓶重量，然后在100℃下将细胞培养瓶烘干12h，测量烘干后细胞培养瓶重量。

溶剂残留量=（烘干前重量-烘干后重量）/烘干后重量

结果分析

实施例1-5以及对比例1的亲水持续性及均匀性测试结果如下表所示：

基于上述检测结果，由实施例1、2与对比例1比较，可以明确，本发明提供的细胞培养瓶的表面亲水处理方法在电晕处理前增加的预处理步骤可以显著改善细胞培养瓶的亲水性能，同时一定程度上提高亲水能力的均匀性，并降低溶剂残留量；由本发明对比例2与实施例1的比较可以明确，本发明提供的在逐渐加压状态下进行第二次溶胀处理的方法可以显著提高细胞培养瓶亲水能力的均匀性；由本发明对比例3与实施例1的比较可以明确，本发明提供的在逐级减压真空干燥退溶胀处理的方法可以显著提高细胞培养瓶亲水能力的均匀性，并降低溶剂残留量。

应当理解，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。